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脂質(zhì)納米顆粒LNP廣泛應(yīng)用于小分子和核酸藥物的遞送
脂質(zhì)納米顆粒LNP（Lipid Nanoparticle）是一種由脂質(zhì)類物質(zhì)組成的納米粒子，具有均勻脂質(zhì)核心，廣泛用于小分子和核酸藥物的遞送。
一個典型的 LNP 包含包載內(nèi)容（payload）及構(gòu)成遞送載體的基本脂質(zhì)成分�；局|(zhì)成分由可電離脂質(zhì)（ionizable lipids）、PEG 脂質(zhì)（PEGylated lipids，聚乙二醇化脂質(zhì)）、磷脂（phospholipid）以及膽固醇（cholesterol）四種組分構(gòu)成（圖 1）。
圖 1. 脂質(zhì)納米顆�；窘M成[1]
可電離脂質(zhì)具有 pH 敏感性，是實現(xiàn)內(nèi)涵體逃逸、釋放包載 mRNA 的關(guān)鍵“鑰匙”。同時，可電離脂質(zhì)可以中和 mRNA 電荷以此增加納米顆粒的生物相容性，以及有助于防止陰離子生物分子的非特異性結(jié)合[2]。
磷脂可以自發(fā)組裝形成脂質(zhì)雙層，其較高的相變溫度有助于增加 LNP 制劑的膜穩(wěn)定性和剛性，從而防止內(nèi)容物泄漏并提高制劑穩(wěn)定性[3]。
膽固醇是細胞膜的天然組分，主要存在于 LNP 的外殼中，通常是 LNP 制劑的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)。其在輔助可電離脂質(zhì)實現(xiàn)高效內(nèi)體逃逸的過程中起到重要的優(yōu)化作用，因此對膽固醇的結(jié)構(gòu)修飾可以誘導(dǎo) LNP 表面組織的變化[4]。
PEG 脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)包含親水頭部和疏水尾部，根據(jù)聚合程度不同有著不同的分子量范圍。 PEG 脂質(zhì)為 LNP 提供外部聚合物層以阻礙血清蛋白和吞噬細胞系統(tǒng)的吸附，從而延長體內(nèi)循環(huán)時間[5]。此外，PEG 脂質(zhì)還可被用于設(shè)計 LNP 的表面官能化，使得 LNP 能夠與配體或者生物大分子綴合，比如使用 DSPE-PEG-Mal 脂質(zhì)構(gòu)成 LNP 納米顆粒，通過馬來酰亞胺偶聯(lián)抗體，實現(xiàn)主動靶向[6]。
| 組成成分 | 特點 | 功能 | 化合物舉例 |
|---|---|---|---|
| Ionizable lipid 可電離脂質(zhì) |
pH 敏感性： 在低于脂質(zhì)酸解離常數(shù)（pKa）的 pH（＜6.0）條件下帶正電荷，游離胺隨著 pH 值降低而被質(zhì)子化。 當(dāng) pH 值變回生理條件（pH~7.4）時，可電離脂質(zhì)的電荷變?nèi)趸蜃兂芍行?/span> |
增加納米顆粒的生物相容性 介導(dǎo)內(nèi)涵體逃逸 增加 mRNA 的包封效率 |
ALC-0315（HY-138170） D-Lin-MC3-DMA（HY-112251） Lipid 5（HY-138171） |
| Phospholipid 磷脂 |
可以自發(fā)組裝形成脂質(zhì)雙層，是細胞膜的主要成分 | 構(gòu)成 LNP 的脂質(zhì)雙分子層骨架 增加 LNP 的穩(wěn)定性和剛性 |
DSPC（HY-W040193） DOPG（HY-141571） |
| Cholesterol 膽固醇 |
細胞膜的天然組分，兩親性分子 | 調(diào)節(jié)膜流動性，增強 LNP 的穩(wěn)定性和完整性 輔助介導(dǎo)內(nèi)涵體逃逸 |
Cholesterol（HY-N0322） |
| PEGylated lipid 聚乙二醇脂質(zhì) |
PEG 脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)包含親水頭部和疏水尾部，根據(jù)聚合度不同有不同的分子量范圍（400Da-50KDa)。PEG 的摩爾百分比和分子量大小會影響 LNP 的尺寸和電位。大摩爾質(zhì)量（20KDa-50KDa）的 PEG 應(yīng)用于低摩爾質(zhì)量的藥物遞送中，避免快速的腎臟清除；較低摩爾質(zhì)量的 PEG（1KDa-5KDa）常用于偶聯(lián)分子量較大的藥物，以減少酶降解 | 控制 LNP 粒徑表面官能化 抑制顆粒聚集和血清蛋白吸附 延長體內(nèi)循環(huán)時間 |
DSPE-PEG2000（HY-142979） DSPE-PEG2000-Mal（HY-144004） DSPE-PEG2000-Amine（HY-125924） DSPE-PEG2000-iRGD（HY-172494） DSPE-PEG2000-T7（HY-172723） DSPE-PEG5000-RVG29（HY-172706） |
LNP 遞送系統(tǒng)的作用機制
首先，LNP 中的可電離脂質(zhì)在制備環(huán)境下與帶負電荷的 mRNA 分子靜電絡(luò)合，形成穩(wěn)定的復(fù)合體。當(dāng)復(fù)合體到達細胞膜時，通過細胞內(nèi)吞作用進入細胞，被包裹在內(nèi)體中。內(nèi)體內(nèi)部的 pH 值逐漸降低（酸化），導(dǎo)致其中的可電離脂質(zhì)發(fā)生質(zhì)子化而帶正電，帶正電的脂質(zhì)與內(nèi)體膜相互作用，介導(dǎo)介導(dǎo)內(nèi)涵體膜破裂或融合（內(nèi)涵體逃逸），釋放所載的 mRNA 到細胞質(zhì)中。釋放的 mRNA 按照生物學(xué)的“中心法則”與核糖體結(jié)合，表達蛋白質(zhì)，從而觸發(fā)免疫應(yīng)答，預(yù)防疾病。
圖 2. LNP 攜帶的 mRNA 疫苗進入細胞，并且釋放 mRNA 指導(dǎo)蛋白合成的示意圖[7]
- 低免疫原性、具有良好的生物相容性和安全性
- 穩(wěn)定性強，能有效保護包封物
- 核酸包封率高
- 細胞穿透性強、轉(zhuǎn)染效率高
- 內(nèi)體逃逸能力強
LNP 的制備
LNP 的制備依賴于自組裝的能力，帶負電荷的核酸和帶正電荷的脂質(zhì)之間產(chǎn)生靜電絡(luò)合，LNP 通過脂質(zhì)組分之間的疏水作用和范德華作用協(xié)同地自組裝成一個完整的、包裹著 mRNA 的核殼結(jié)構(gòu)。
LNP 的制備可以通過多種方式進行，例如脂質(zhì)囊泡的擠出、脂質(zhì)膜的再水化、納米沉淀、微流體混合，一般的制備方式是將水和脂質(zhì)成分快速混合。mRNA–LNP 的制備有三種常用的方法可以實現(xiàn)混合脂質(zhì)溶液和RNA溶液的快速混合：移液管混合法（小規(guī)模制備）、渦旋混合法（中等規(guī)模制備）和微流體混合法（大規(guī)模制備）。此處展示常用的實驗室小規(guī)模 mRNA–LNP 的制備方案，包括 LNP 制劑制備、mRNA 包載、mRNA–LNP 制備的詳細實驗方法，可以根據(jù)自己的實驗?zāi)康倪M行脂質(zhì)搭配比例上的調(diào)整。
LNP 的表征為了確保 LNP 的質(zhì)量和有效性，需要對 LNP 進行參數(shù)表征，例如尺寸、PDI、電荷、RNA EE。
- Size（平均直徑/粒徑）: 通過動態(tài)光散射（DLS）檢測。
- PDI（Polydispersity index）多分散指數(shù): 范圍 0-1，數(shù)值越高表示多分散性越強，數(shù)值越小表示粒度越均勻，通過動態(tài)光散射（DLS）檢測。
- Charge（Zeta Potential）電荷: 對于基于 RNA 的 LNP，通常優(yōu)選近中性電荷，通過 ζ 電位分析儀測量。
- Morphology（形態(tài)）: 通過電子顯微鏡（TEM、Cyro-EM、SEM、AFM 等）檢測。
圖 3. LNP 的表征參數(shù)[8]
LNP 遞送系統(tǒng)的優(yōu)化進展
盡管 LNP 遞送系統(tǒng)具有許多優(yōu)點，但 LNP 藥物遞送系統(tǒng)同時也有局限性，例如潛在的細胞毒性、缺乏靶向選擇性、循環(huán)時間短、內(nèi)體逃逸差以及需要極端儲存條件（例如冷凍）。
針對 LNP 遞送系統(tǒng)的改造主要集中在優(yōu)化各組分和引入新型功能性脂質(zhì)以提高遞送安全性和靶向性。例如利用海藻糖脂替代 LNP 制劑中的部分可電離脂質(zhì)，所得到的新型 LNP 不僅可有效遷移至淋巴結(jié)和脾臟，且可以在保持 mRNA 疫苗有效性的同時，顯著降低其毒性（特別是心臟和肝臟毒性）[9]。例如將膽固醇修飾的 DP7 與脂質(zhì)體遞送系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)對樹突狀細胞的靶向遞送（圖 4）。又比如使用 DSPE-PEG-Mal 脂質(zhì)構(gòu)成 LNP 納米顆粒，通過馬來酰亞胺偶聯(lián)抗體，實現(xiàn)靶向組織、器官或細胞。
隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，LNP 技術(shù)的應(yīng)用場景也將繼續(xù)拓展。從基因治療到疫苗研究，LNP 正在成為生命科學(xué)領(lǐng)域的重要工具。未來，LNP 技術(shù)將幫助我們繼續(xù)攻克更多科學(xué)難題，迎接一個更加精準、高效的科研時代。
| 貨號 | 品名 | 特點 |
|---|---|---|
| HY-W441009A | DSPE-PEG-Maleimide ammonium, MW 3400 | -Mal 可用于后續(xù)抗體偶聯(lián) |
| HY-144009 | DSPE-PEG-Folate, MW 3350 | -Folate 具有靶向作用能與癌細胞中葉酸受體結(jié)合 |
| HY-143702 | Fluorescent DOTAP | 熒光修飾可用于納米載體追蹤 |
| HY-172494 | DSPE-PEG2000-iRGD | iRGD 可與 av-整合素結(jié)合，起到腫瘤穿透的效果 |
| HY-172705 | DSPE-PEG2000-RVG29 | RVG29 可以與血腦屏障（BBB）處的煙堿乙酰膽堿受體特異性結(jié)合 |
| HY-172723 | DSPE-PEG2000-T7 | T7 特異性結(jié)合 TfR |
| HY-172464 | DSPE-PEG2000-cRGD | cRGD 肽可以特異性地結(jié)合許多癌細胞和新生血管細胞表面的 αvβ3 |
| HY-172470 | DSPE-PEG2000-GE11 | GE11 可用于 EGFR 過表達的癌細胞 |
| HY-172273A | DSPE-PEG2000-M2pep | M2 極化巨噬細胞靶向肽 |
| HY-172277A | DSPE-PEG2000-R9 | R9細胞穿膜肽 |
| HY-K2023 | OptiLNP RNA 轉(zhuǎn)染試劑（局部作用） | 局部作用 |
| HY-K2024 | OptiLNP RNA 轉(zhuǎn)染試劑（肝臟靶向） | 特異性肝臟靶向遞送 |
| HY-K2025 | OptiLNP RNA 轉(zhuǎn)染試劑（肺部靶向） | 特異性肺部靶向遞送 |
參考文獻:
- 吐溫-20技的基本特性及多領(lǐng)域應(yīng)用詳解
- 嬰幼兒零輔食代工致過敏原標注混亂風(fēng)險高的檢測及預(yù)防
- 銅螯合劑Ammonium tetrathiomolybdate(TTM)抑制銅死亡機制及研究應(yīng)用
- Wortmannin(渥曼青霉素)作為PI3K抑制劑在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及細胞凋亡中的應(yīng)用
- Silmitasertib(CX-4945)作為CK2抑制劑在細胞代謝調(diào)控中的應(yīng)用研究
- TMB顯色液的原理、應(yīng)用與配置優(yōu)化方法
- KAT2A棕櫚�；揎椩谌橄侔┓无D(zhuǎn)移過程中的關(guān)鍵作用機制
- TBST緩沖液的原理、應(yīng)用與實驗技巧全解析
